گردآورنده: شهرام خبیر

فضا – زمان – حرکت

ادامه تاریخچه زمان

فکر– لیند، در مورد شکستن تدریجی تقارن بسیار خوب بود، اما بعداً متوجه شدم که حبابهای او باید از اندازه جهان بزرگتر باشند. در عوض نشان دادم که تقارن باید همه جا و در یک زمان و نه فقط درون حبابها، شکسته شود. این امر به جهانی یکنواخت، مثل جهانی که مشاهده میکنیم، می انجامد. ازین اندیشه بسیار به هیجان آمدم و آنرا با یکی از دانشجویانم بنام – یان موس، در میان نهادم. کمی بعد، از یک مجله علمی مقاله – لیند، را به پیوست یک نامه دریافت داشتم که در آن از من پرسیده بودند: نظرات لیند برای انتشار مناسب است یا نه. بعنوان دوست لیند، ازین موضوع کمی ناراحت شدم. در پاسخ نوشتم که اشکال این نظر آنست که: حبابها بزرگتر از جهان از کار در می ایند اما اندیشه بنیادین آن یعنی: «شکست تدریجی تقارن» بسیار جالب است و توصیه کردم که مقاله بهمان صورت که هست، چاپ شود چرا که تصحیح ان توسط لیند بدلیل سانسور دولتی شوروی، که در مورد مقاله های علمی نه چندان مهارت دارد و نه خیلی سریع است، چندین ماه طول میکشد. در عوض بهمراه –یان موس، نوشتار  کوتاهی در همان مجله منتشر کردم و در آن ضمن اشاره به اشکال حبابها، راه برون رفت از آنرا نشان دادم. روز بعد از بازگشت از شوروی، راهی فیلادلفیا شدم تا مدالی را از موسسه فرانکلین دریافت دارم. منشی من –جودی فلا، ناگزیر شد برای متقاعد کردن خطوط هوایی بریتانیا، از دلربایی خود که بسادگی نمیتوان از کنارش گذشت، سود جوید تا بعنوان یک کار تبلیغاتی، دو جای خالی در یک هواپیمای کنکورد برای خودش و من اختصاص دهند. اما در راه فرودگاه، بدلیل باران شدید معطل شدم و از هواپیما جا ماندم. با اینحال، بالاخره به فیلادلفیا رفتم و مدالم را دریافت کردم. سپس از من خواستند تا در دانشگاه – درکسل فیلادلفیا، درباره جهان متورم سخنرانی کنم. من نیز به ایراد همان مطالبی که در مسکو مطرح شد، پرداختم. چند ماه بعد، ایده ای که به فکر لیند بسیار شبیه بود، بطور مستقل از سوی – پل اشتاین هارت، و– آندره آس آلبرخت، از دانشگاه پنسیلوانیا مطرح گردید. هم اکنون، آنچه که «مدل تورمی نوین» خوانده می شود، بنام این دو تن و نیز لیند، ثبت شده است و بر اندیشه «شکست تدریجی تقارن» بنیان دارد. (مدل متورم قدیمی، همان طرح اولیه –گوش، مبنی بر شکست سریع تقارن همراه با تشکیل حبابهاست.)

مدل تورمی نوین، تلاشی شایسته بود برای: توضیح حال و روز کنونی جهان. اما من و چندین تن دیگر نشان دادیم: که این مدل، دست کم در شکل نخستین خود، در درجه حرارت  تابش میکروموج زمینه، تغییرات بسیار بیشتری را نسبت به آنچه مشاهدات ما نشان میدهد، پیش بینی می نماید.کارهای بعدی نیز بر سپری شدن یک فاز انتقالی الزامی، در نخستین روزهای جهان، سایه شک و تردید میاندازد. شخصاً فکر میکنم که «مدل نوین تورمی»، اینک به عنوان یک نظریه علمی مرده است. هر چند عده زیادی هنوز از فرو مردن آن چیزی نشنیده اند و همچنان مقالاتی می نگارند که گویی این مدل زنده می ماند. در سال ۱۹۸۳، لیند مدل بهتری بنام «مدل تورمی آشفته »ارائه کرد. در این مدل خبری از فاز انتقالی و ابر سرمایش نیست. بجای آن «میدانی با اسپین صفر» وجود دارد که بخاطر تغییرات کوانتومی، در برخی مناطق جهان آغازین، مقادیر بسیار زیادی میگیرد. انرژی میدان در آن مناطق، همانند یک ثابت کیهانی رفتار میکند: یعنی دارای تأثیر گرانشی دفع کننده است و بنابراین باعث گسترش آن مناطق، بگونه ای تورمی میگردد. همزمان با گسترش این مناطق، انرژی میدان در آنها رفته رفته کاهش می یابد تا آنکه گسترش تورمی تبدیل به انبساطی همانند « مدل انفجار بزرگ داغ» می شود. یکی ازین مناطق، آن چیزی میشود که امروز بعنوان جهان قابل مشاهده، در اطراف خود می بینیم. این مدل از همه مزایای مدل های تورمی قبلی برخوردار است، اما وابسته به یک فاز انتقالی مشکوک نیست و بعلاوه می تواند اندازه خردپذیری برای افت و خیزهای درجه حرارت زمینه میکرو موج، بدست آورد که با مشاهدات ما جور در می آید.کار روی مدلهای تورمی نشان داد: که حالت کنونی گیتی میتواند از آرایش های آغازین بسیار متعددی ناشی شده باشد. این امر از اهمیت زیادی برخوردار است چرا که نشان میدهد حالت نخستین منطقه ای از جهان، که در آن سکونت داریم، لزوماً با دقت و مراقبت زیاد انتخاب نشده است. بنابراین، اگر دلمان بخواهد، می توانیم اصل بشری ضعیف را بکار بریم و حال و روزگار کنونی جهان را توجیه نمائیم. اما معنایش آن نیست که هر آرایش آغازینی، به جهانی که اکنون مشاهده میکنیم،  می انجامیده است. می توان برای جهان کنونی، حالتی بسیار متفاوت، مثلاً متلاطم و پر هرج و مرج، در نظر گرفت و نشان داد که هر آرایش آغازینی، به وضعیت فعلی نمی انجامد. با استفاده از قوانین علم، جهان را به گذشته میرانیم تا آرایش آنرا در زمانهای نخستین مشخص سازیم. بنابر قضایای تکینگی نسبیت عام کلاسیک، همچنان تکینگی انفجار بزرگ پابرجاست. حال اگر چنین جهانی را طبق قوانین علم بجلو برانید، باز به همان حالت متلاطم و پرآشوبی که آغاز کرده بودید، خواهید رسید. پس آرایشهای نخستینی باید وجود داشته باشد که به جهانی نظیر آنچه امروز شاهدیم نمی انجامد. بنابراین حتی «مدل تورمی» نیز به ما نمی گوید: که چرا آرایش آغازین بگونه ای نبود که چیزی بسیار متفاوت با آنچه می بینیم، بوجود آورد. آیا برای یافتن توضیح باید به اصل بشری روی آوریم؟ آیا همه این رویدادها یک خوش شانسی محض بوده است؟ از این کار بوی ناامیدی به مشام میرسد. گویی همۀ امیدهای ما برای فهم نظم نهفته در دل هستی، به نا امیدی انجامیده است. برای پیش بینی چگونگی آغاز جهان به قوانینی نیازداریم که در ابتدای جهان نیز صدق کنند.

اگر نظریه کلاسیک نسبیت عام صادق بود، قضیه های تکینگی که من و راجر پنروز، ثابت کردیم، نشان می دهند که ویژگی ابتدای زمان، «چگالی» نامتناهی و« انحنای» بی نهایت فضا – زمان است. تمامی قوانین مکشوف علم، در چنین نقطه ای بی اثر میشوند و چون کشتی به گل می نشینند. میتوان فرض کرد که قوانین جدیدی وجود دارند که در تکینگی ها صدق می کنند. اما تدوین این قوانین در مورد نقاطی چنین بد رفتار، بسیار دشوار است و هیچ نشانه و گواهی از مشاهدات خود، که شکل و شمایل احتمالی آنها را برایمان بازگو کند، یافت نمیشود. اما قضایای تکینگی واقعاً گویای آنند که میدان گرانشی چنان نیرومند می شود که تأثیرات گرانش کوانتومی برجسته می شوند: نظریه کلاسیک دیگر توصیف خوبی از گیتی بدست نمیدهد. بنابراین برای بحث پیرامون مراحل آغازین گیتی، باید از یک نظریه «کوانتومی گرانش» سود جست. همانگونه که خواهیم دید، در نظریه کوانتوم، قوانین معمولی علم میتوانند همه جا صدق کنند، از جمله در ابتدای زمان: لازم نیست قوانین نوینی برای تکینگی ها وضع نمود، چرا که در نظریه کوانتوم، نیازی به تکینگی وجود ندارد. هنوز نظریه کامل و سازگاری که مکانیک کوانتوم و گرانش را بهم در آمیزد، در دست نیست. اما تقریباً از برخی از وجوهی که چنین نظریه یکپارچه ای باید داشته باشد، کاملاً آگاهیم. یکی از این وجوه عبارت است از آنکه: نظریه مزبور باید پیشنهاد –فین مان، مبنی بر فرموله کردن تئوری کوانتوم برحسب «مجموع تاریخچه ها» را در خود ادغام نماید. در این رویکرد، برخلاف نظریه کلاسیک، یک ذره تنها دارای یک تاریخچه واحد نیست. در عوض، فرض بر آنست که هر مسیر ممکن در فضا – زمان را می پیماید، و هر یک ازین تاریخچه ها با دو عدد نمایش داده می شوند، یکی بیانگر «اندازه یک موج» و دیگری نشانگر« موقعیت آن» در چرخه است( فاز موج). احتمال آنکه ذره، مثلاً از فلان نقطه خاص بگذرد، با جمع کردن همه امواج مـتـنـاظر، بـا کـلـیـه تاریخچه های ممکنی که از آن نقطه عبور میکنند، بدست می آید. اما وقتی کسی عملاً به جمع بستن این امواج میپردازد، با مسائل تکینگی جدی ای برخورد می کند. تنها راه برون رفت دستورالعمل عجیب زیر است: باید امواجی را جمع کرد که متناظر با تاریخچه های ذراتی اند که در زمان «حقیقی» که شما و من تجربه میکنیم، واقع نشده اند بلکه در آنچه که موسوم به زمان موهومی است رخ میدهند. زمان موهومی آدم را یاد داستانهای علمی تخیلی می اندازد، اما در واقع یک مفهوم ریاضی است که بخوبی تعریف شده است. اگر هر عدد معمولی (یا «حقیقی») را در خودش ضرب کنیم، حاصل عددی مثبت است. مثلاً ۲ ضربدر۲ ، ۴ میشود و ۲ – در ۲ – هم ۴ میشود.) اما اعداد خاصی هم هستند ( اعداد موهومی) که وقتی در خودشان ضرب شوند حاصل منفی است. ( i ضر بدر i میشود -1   و 2iضربدر 2i  می شود ۴ـ و قس علیهذا). برای آنکه از دشواری های تکینگی در جمع تاریخچه های –فین مان، پرهیز کنیم باید از زمان «موهومی» استفاده نمائیم. یعنی برای مقاصد محاسباتی باید بکمک اعداد موهومی و نه اعداد حقیقی، زمان را اندازه گرفت. این امر تأثیر جالبی بر فضا – زمان میگذارد: تمایز میان فضا و زمان یکسره از میان برداشته می شود.

ادامه دارد…